唐忠國

(廣西交通投資集團(tuán)崇左高速公路運營有限公司，廣西 崇左 532200)

0 引言

合理的瀝青路面中長期養(yǎng)護(hù)決策能有效保護(hù)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度或大幅緩解路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降的速度，延長路面使用壽命，節(jié)約養(yǎng)護(hù)成本。本文通過對南友路當(dāng)前預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及路面疲勞壽命等方面的研究，提出了適合南友路瀝青路面中長期養(yǎng)護(hù)的決策建議。

1 南友路概況

南友路于2005-12-28日建成通車，全長180.063 km，起于南寧市吳圩鎮(zhèn)，終于中越邊境友誼關(guān)，是中國通向東盟的國際陸路大通道。南友路主線瀝青路面結(jié)構(gòu)為AC-13SBS改性瀝青混凝土上面層(4 cm)+AC-20中粒式瀝青混凝土中面層(5 cm)+AC-25粗粒式瀝青混凝土下面層(6 cm)+水泥穩(wěn)定碎石基層(58 cm)。隨著交通量的增長，已運營12年的南友路路面使用性能逐步下降，路面出現(xiàn)了不同程度的病害，典型病害主要有縱向裂縫、橫向裂縫、坑槽、車轍、塊裂、掉粒及麻面等[1]。針對所出現(xiàn)的病害，管養(yǎng)單位積極開展預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作，其措施主要有AC-8型超薄磨耗層加鋪、SBS改性乳化瀝青微表處及SBS改性乳化瀝青霧封層、含砂霧封層等[2，3]。

2 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)對路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及路面使用壽命的影響

2.1 養(yǎng)護(hù)措施對路況指標(biāo)的影響分析

2017年12月，管養(yǎng)單位采用多功能路況快速檢測系統(tǒng)CiCS對南友路進(jìn)行全面路況檢測。為便于尋找南友路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段和未預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段路況指標(biāo)的差異，將檢測結(jié)果分為未預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段和已實施預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段兩大類對比，并將已實施預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段這一類進(jìn)一步細(xì)化成不同預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施及實施年份的十個小段，具體路段路況指標(biāo)的平均值見表1。

表1 2017年12月南友路不同養(yǎng)護(hù)措施路段路況指標(biāo)對比表

表2 南友路不同預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施性能對比分析表

由表1可知，南友路預(yù)防性路段的各項路況指標(biāo)平均值均明顯高于未預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段，其中預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段中采取AC-8型超薄磨耗層預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施的路況指標(biāo)平均值最高，且明顯高于采取其他預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施的路段。結(jié)合表2的對比分析情況可知，南友路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是必要的，實施后效果明顯，大幅提升了路況水平，可有效延長公路使用壽命，且AC-8型超薄磨耗層預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施的效果最理想，性價比最高，值得推廣。

2.2 路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度抽檢分析

為研究路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在南友路未預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段及已采取不同措施預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段共選擇20處典型路面鉆芯取樣，共取芯樣60個，其中未預(yù)防性路段取芯樣27個，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段取芯樣33個。

芯樣的基本情況如下：

(1)60個芯樣的上水穩(wěn)層均與下水穩(wěn)層分離。

(2)在路面完好處鉆芯52個，46個芯樣上水穩(wěn)層完好；有6個芯樣上水穩(wěn)層底部有松散夾層。

(3)在縱縫處鉆芯5個，其中3個裂縫僅深達(dá)瀝青表面層，為Top-down裂縫；2個上水穩(wěn)層松散，表明部分縱縫產(chǎn)生原因是水穩(wěn)基層強(qiáng)度低，不滿足荷載要求。

(4)在塊裂中央鉆芯3個，其瀝青層均與上水穩(wěn)層分離。表明路面塊裂原因是水穩(wěn)基層松散，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度已不滿足荷載要求。

對60個水穩(wěn)層芯樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗。水穩(wěn)層芯樣直徑150 mm，抗壓試驗前采用圓形鋼鋸切割芯樣兩端，形成上下兩端平整表面。所測試的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度(Rc)結(jié)果如圖1所示。

圖1 芯樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度柱形圖

圖2 芯樣彎拉強(qiáng)度代表值柱形圖

(1)

由上述可知，南友路11個預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度明顯比9個未預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段的路面強(qiáng)度大，平均值差為6 MPa。故適當(dāng)?shù)念A(yù)防性養(yǎng)護(hù)可有效保護(hù)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度或大幅緩解路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降的速度。

2.3 路面疲勞壽命驗算分析

由于南友路芯樣上水穩(wěn)基層與下水穩(wěn)基層分離，故可假設(shè)應(yīng)力計算模型層間狀態(tài)為：瀝青層與上水穩(wěn)層層間連續(xù)，下水穩(wěn)層與路基層間連續(xù)，上水穩(wěn)層與下水穩(wěn)層層間滑動。因此，可采用有限元模擬來對路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行層間應(yīng)力分析[4]。具體的路面結(jié)構(gòu)模型見圖3，模擬分析結(jié)果見表3。

(a)平面

(b)立面

通過模擬分析可知，20處典型路面的瀝青層和下水穩(wěn)基層層底最大主應(yīng)力很小，而上水穩(wěn)基層層底應(yīng)力較大，最大主拉應(yīng)力達(dá)0.255 MPa。由此可推斷，南友路路面疲勞破壞始于上水穩(wěn)基層，且路面疲勞壽命主要取決于上水穩(wěn)基層。

表3 南友路20處典型路面結(jié)構(gòu)層間應(yīng)力模擬分析表

按照公式(2)來計算無機(jī)結(jié)合料基層的疲勞壽命[5]。

(2)

式中，Nf2——疲勞壽命(軸次)；

ke——應(yīng)力增大系數(shù)；

Rse——水泥穩(wěn)定碎石基層的彎拉強(qiáng)度代表值；

ks——結(jié)構(gòu)層彎拉強(qiáng)度綜合調(diào)整系數(shù)；

ka——裂縫由下向上擴(kuò)展的壽命增大系數(shù)。

根據(jù)實測的上水穩(wěn)層彎拉強(qiáng)度及規(guī)范規(guī)定取值：a=13.24，b=12.52，Ke=1.16，β=1.65。

通過計算、分析20處典型路面疲勞壽命得出南友路路面疲勞壽命的規(guī)律，從而推測出未預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段及已采取不同措施進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段的路面剩余疲勞壽命，詳見下頁表4。

表4 南友路20處典型路面疲勞壽命分析表

由表4數(shù)據(jù)可知，南友路11個已采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施路段的剩余疲勞壽命約為11年，而9個未預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段的剩余疲勞壽命約為6年。故南友路中期養(yǎng)護(hù)決策建議是盡快針對目前還未實施預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的K161+00～K212+000路段、僅實施霧封層的K212+000～K224+000路段進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，延緩路面大修期約5～6年；長期養(yǎng)護(hù)決策建議是積極開展瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作，預(yù)計實施AC-8超薄磨耗層預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段將于2028年進(jìn)入路面大修期，未實施AC-8超薄磨耗層預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段將于2023年進(jìn)入路面大修期。

3 結(jié)語

通過對南友路未預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的9個路段與已采取不同措施進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的11個路段路況指標(biāo)的對比分析和這20處典型路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞壽命的研究分析，可以得出以下結(jié)論：

(1)南友路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施得當(dāng)，目前已實施的四種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施中，AC-8型超薄磨耗層預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施路段長113.234 km，占88.46%，其效果最為理想，性價比最高，值得推廣。

(2)適當(dāng)?shù)念A(yù)防性養(yǎng)護(hù)可有效保護(hù)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度或大幅緩解路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降的速度。

(3)南友路路面疲勞壽命主要取決于上水穩(wěn)基層。

(4)預(yù)計南友路實施AC-8超薄磨耗層預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段將于2028年進(jìn)入路面大修期，未實施AC-8超薄磨耗層預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路段將于2023年進(jìn)入路面大修期。